近日，杭州(zhou)電子科技(ji)大學(xué)電子(zi)信息學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)(guo)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響因(yin)子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械性(xing)能和(he)抗疲勞性(xing)能等指標(biāo)。

自供電壓電傳(chuan)感器(qi)能夠有效解決(jue)電子(zi)皮膚(fu)的供電問(wèn)(wen)題。然(ran)而，制(zhi)造出模量與人(ren)類皮膚相似的(de)柔性傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了一(yi)種基(ji)于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為電子皮膚(fu)用壓電(dian)傳感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性(xing) β 相的形成，并(bing)確保了有(you)機(jī)水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過(guò)(guo)與 PVA 形成氫鍵(jian)來(lái)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度(du)和機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還(hai)充當(dāng)膠凝劑以(yi)減少(shao) PVA 結(jié)晶(jing)。此外(wai)，有機(jī)溶劑二(er)甲基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感器(qi)賦予抗凍(dong)性能。該有機(jī)(ji)水凝膠在 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循(xun)環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能(neng)。而且，有機(jī)水(shui)凝膠壓(ya)電傳感器有著(zhe)令人矚(zhu)目的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)(ying)時(shí)間以及(ji) 0-30N的寬(kuan)壓力范(fan)圍。再(zai)者，該(gai)壓電有(you)機(jī)水(shui)凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出出(chu)色的抗凍性(xing)能，即(ji)便在低溫下(xia)冷凍 10 天之后仍(reng)能保(bao)留其(qi)機(jī)械和(he)壓電特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水凝膠(jiao)已被(bei)證實(shí)(shi)，在無(wú)需(xu)外部(bu)電源(yuan)的情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著重(zhong)大的應(yīng)(ying)用潛(qian)力。

機(jī)械性能對(duì)(dui)于壓電有機(jī)水(shui)凝膠作為傳感(gan)器在(zai)電子皮(pi)膚中的(de)應(yīng)用尤為(wei)重要。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械性(xing)能的影響(xiang)，我們對(duì)含有不(bu)同聚(ju)丙烯酸含(han)量的有機(jī)水凝(ning)膠的彈性性能(neng)進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖中(zhong)可以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的(de)抗壓能(neng)力，在受到(dao) 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相(xiang)比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)(ji)械性能，因?yàn)樗?ta)能夠承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不會(huì)破(po)裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)度(du)和模量也隨(sui)之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善(shan)歸因于PA中(zhong)羥基所促成的(de)眾多氫鍵，這些(xie)羥基會(huì)與PVA中(zhong)的羥基(ji)發(fā)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)(qiang)的分子間(jian)相互(hu)作用顯(xian)著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝(ning)膠的(de)機(jī)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度有(you)所下降，這(zhe)表明(ming)隨著PA含量進(jìn)(jin)一步增加，有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出現(xiàn)(xian)了下(xia)滑。隨著PA過(guò)量增(zeng)加，更多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松(song)。為了進(jìn)一(yi)步探究有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械耐久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)試中表(biao)現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行(xing)了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械穩(wěn)(wen)定性(xing)和抗疲勞性能(neng)十分出色，這(zhe)從其(qi)經(jīng)過(guò) 100 次(ci)循環(huán)后仍(reng)保持一致(zhi)的曲線(xian)（疲勞(lao)測(cè)試(shi)）便可得到(dao)證明。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下，該有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過(guò) 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出(chu)微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。